JP6838569B2 - ウェーハ処理装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハ表面にエピタキシャル層を成長させる等の処理を行うウェーハ処理装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

近年、デバイスメーカーからの高フラットネスエピタキシャルウェーハの要求が高まっており、エピタキシャルウェーハのフラットネス品質の向上が重要な課題となっている。特に、エピタキシャルウェーハ外周部におけるフラットネスの要求品質は高く、要求を満たすためには製造プロセス上の種々のパラメータを厳密に制御する必要がある。外周部フラットネスを制御するためのパラメータの１つとして、サセプタ上にウェーハを載置した際のサセプタ中心とウェーハ中心とのズレ量、すなわち載置ズレ量が挙げられる。載置ズレがなく、ウェーハがサセプタポケットの中央に載置された場合、エピタキシャル反応中の反応ガスは、ウェーハ全外周部に対して等価に当たるが、中央からずれて載置された場合、ウェーハ外周部の、サセプタポケットの外周部に近接した部分では、最外周に反応ガスが当たりにくくなるために、ウェーハ外周部での膜厚ダレが生じる。逆に、ウェーハ外周部の、サセプタポケットの外周部から離れた部分では、最外周に積極的にガスが当たるため、膜厚のハネが生じる。特に、サセプタポケットの外周部から離れたウェーハ外周部が、エピタキシャル成長起因で生じるファセット位置に相当した場合、載置ズレによる外周ハネとファセット成長によるハネとが重なり合うことで、より外周ハネが顕在化し、外周部フラットネスの悪化が顕著となる。したがって、ウェーハの載置ばらつきを抑制し、載置位置を制御することは、エピタキシャルウェーハの外周フラットネスを向上させるために重要である。

載置ズレが生じる要因の１つとして、反応炉内へウェーハを搬入する際に、炉内温度が変化することで、サセプタが熱膨張・熱収縮し、サセプタ位置が搬入ウェーハごとに変動することが挙げられる。図４に、従来のサセプタ支持部分における模試図を示す。図４のように、サセプタ３０の下側にはサポートシャフトのアーム部３２が設けられる。そのアーム部３２の先端にはチップ３３が固定されており、そのチップ３３がサセプタ３０の下面に設けられたサセプタ凹部３１に嵌まることでサセプタ３０を支持している。このとき、サセプタ凹部３１とチップ３３との間にはクリアランスが設けられている。このクリアランスがあることで、サセプタ３０が熱膨張した際に、チップ３３に対して、サセプタ３０からの過度な応力がかからず、熱膨張による応力を逃がす設計となっている。

ウェーハ載置位置ばらつきの対策として特許文献１、２が開示されている。具体的には、特許文献１には、アーム部の頭部を石英製とし、その石英製頭部とサセプタ凹部とを遊び空間のない状態で密接嵌合せしめることが開示されている。また、特許文献２には、サセプタに接続されるチップと、アーム部の先端部とを螺合により接続するとともに、この螺合接続部の外側に外部カバーを設けた構造が開示されている。

特開２０１４−１３８０５６号公報 特開２０１３−２２９３６７号公報

ここで、サセプタサポートのアーム部の先端にチップを固定し、このチップがサセプタに接続される構造において、チップとアーム部との接合部の模式図を図５に示す。図５に示すように、アーム部の先端３４には、チップ３３をはめ込むための孔３５が設けられており、孔３５内にチップ３３を入れた際に、孔３５とチップ３３との間には、加工較差起因のクリアランスが存在する。これにより、チップ３３が孔３５内で動くことで、チップ３３にぐらつきが生じる。なお、特許文献２のように、チップとアーム先端部とを螺合接続したとしても、雄ねじ部と雌ねじ部との間に、加工較差起因のクリアランスが存在するので、このクリアランスによりチップにぐらつきが生じる。

このように、サセプタ、チップ、アーム部、及びこれら接合部に存在するクリアランスの影響で、サセプタ熱膨張時に、サセプタに変動が生じ、位置が不安定になることで、ウェーハ載置位置ばらつきの要因の１つとなっている。

そこで、本発明者は、反応炉内へのウェーハ搬入時のサセプタ位置を安定させ、載置ばらつき抑制を目的として、図６のように、サセプタ凹部３１とチップ３３との間に生じていたクリアランスを小さくした。加えて、アーム部３２の厚さを薄くし、サセプタ３０が熱膨張することにより生じる応力を、アーム部３２のたわみを利用することで吸収する設計とした。本設計を用いることで、サセプタ３０の変位量、載置ズレ量および載置ばらつきが減少することが確認できた。

しかし、依然、アーム部の孔３５とチップ３３との間にはクリアランスが存在するため（図５参照）、更なる載置ばらつき低減を実現するためには、本クリアランスによるチップのぐらつきを抑制する必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、サセプタサポートのアーム部の先端にチップを固定し、このチップがサセプタに接続される構造においてアーム部との間でチップのぐらつきを抑制できるウェーハ処理装置、及びこれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のウェーハ処理装置は、
ウェーハを載置するためのサセプタと、
前記サセプタを支持するサセプタサポートとを備え、
前記サセプタサポートは、前記サセプタに接続されるチップと、そのチップを支持するチップ支持部が先端に設けられたアーム部と、前記アーム部の根元を支持するアーム支持部とを備え、
前記チップ支持部は、前記チップの、前記チップ支持部に支持される部分である被支持部の幅にあわせてたわんで、そのたわみの反力で前記被支持部を挟み込むように構成されたことを特徴とする。

このようにチップを支持することで、チップ支持部とチップとの間でクリアランスが無い状態にでき、チップのぐらつきを抑制できる。

本発明において、前記チップ支持部は、前記被支持部がはめ込まれるスリットが形成されており、そのスリットの、前記被支持部がはめ込まれる部分であるはめ込み部は、前記被支持部がはめ込まれていない状態において前記被支持部の幅より小幅に形成されたとすることができる。このようにスリットを設けることで、チップの被支持部がスリット（はめ込み部）にはめ込まれるのに伴いチップ支持部がたわんで、そのたわみの反力で被支持部を挟み込むことができる。

また、本発明において、前記はめ込み部は、前記スリットの壁面に、前記被支持部の形状にあった切れ込みとして形成されたとすることができる。これによって、被支持部をスリットにはめ込み易くできるとともに、挟み込み方向以外の方向に被支持部がぐらついてしまうのを抑制できる。

本発明において、アーム部は、斜め上方又は水平方向に延設された延設部を備え、サセプタの熱膨張時におけるチップ支持部の最大曲げ応力に対する、チップ支持部を構成する材質の引っ張り強度の比である安全率が１．５以上に設定され、サセプタの熱膨張時における延設部の最大曲げ応力に対する延設部を構成する材質の引っ張り強度の比である安全率が１．５以上に設定されたとすることができる。これによって、サセプタの熱膨張時に、チップ支持部や延設部（アーム部）が破損してしまうのを抑制できる。

また、本発明において、サセプタの熱膨張時におけるチップ支持部のたわみ量が０．１ｍｍ未満となるようにチップ支持部を含むアーム部が設計されたとすることができる。

従来の図５の構造においてチップ支持部の孔とチップとのクリアランスが約０．１ｍｍであるとすると、本発明のチップ支持部の熱膨張時のたわみを０．１ｍｍ未満とすることで、従来の構造よりも、熱膨張時のチップの移動を抑制でき、ひいてはサセプタの変動やサセプタにおけるウェーハの載置ズレを抑制できる。

また、本発明において、アーム部は、斜め上方又は水平方向に延設された延設部を備え、サセプタの熱膨張時におけるチップ支持部のたわみ量に対する延設部のたわみ量の比が１９以上となるようにチップ支持部を含むアーム部が設計されたとすることができる。このように、サセプタの熱膨張時に、チップ支持部よりも延設部を優先的にたわませることで、熱膨張時のチップ支持部の撓み量を０．１ｍｍ未満にできる。

また、本発明においてチップはＳｉＣ製である。チップをＳｉＣ製とすることで、チップの耐摩耗性を向上でき、チップからの発塵を抑制できる。

また、本発明のウェーハ処理装置はサセプタに載置されたウェーハの表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置とすることができる。また、本発明はそのエピタキシャル成長装置を用いてエピタキシャルウェーハを製造する方法である。これによれば、アーム部との間でチップのぐらつきを抑制できるので、サセプタ位置を安定でき、サセプタにおけるウェーハの載置ばらつきを抑制した状態でエピタキシャル層を成長させることができる。よって、外周部におけるフラットネス品質を向上したエピタキシャルウェーハを得ることができる。

枚葉式エピタキシャル成長装置の概略断面図である。 サセプタサポートのアーム部、チップ及びそのチップが接続されるサセプタ部分の側面断面図である。 アーム部の垂直部を上から見た図である。 従来のサセプタ支持部分における模試図であって、チップとサセプタ凹部とをクリアランスを有した形態で接続した図である。 従来におけるチップとアーム部との接合部の模式図である。 従来のサセプタ支持部分における模試図であって、チップとサセプタ凹部とのクラランスを小さくした図である。 改善アーム部を用いた場合と、従来アーム部を用いた場合とで、ウェーハ中心座標のばらつきを示した図である。 改善アーム部を用いた場合と、従来アーム部を用いた場合とで、サセプタ中心座標のばらつきを示した図である。 変形例におけるアーム部の垂直部を上から見た図であって、十字にスリットを入れた例を示した図である。 変形例におけるアーム部の垂直部を上から見た図であって、垂直部の側面間を貫通しないスリットを入れた例を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１に本発明のウェーハ処理装置、エピタキシャル成長装置としての枚葉式エピタキシャル成長装置１を示す。エピタキシャル成長装置１は、透明石英部材等から構成された反応炉２を備える。反応炉２内には、エピタキシャル成長させるウェーハＷを載置するためのサセプタ１４が配置されている。サセプタ１４は例えばＳｉＣ製であったり、黒鉛基材にＳｉＣコートが施されたものであったりする。サセプタ１４は、円形の上面１４ａ及び下面１４ｂを有した形状、つまり円盤状に形成される。サセプタ１４は、上面１４ａ及び下面１４ｂが水平となるように配置される。

サセプタ１４の上面１４ａの中央部には、ウェーハＷを水平に載置するためのサセプタポケット１２が形成されている。サセプタポケット１２は、側面視で凹形状に形成され、平面視でウェーハＷの径よりも若干大きい径の円形に形成される。サセプタポケット１２の深さは、ウェーハＷの厚さと同程度となっている。

サセプタポケット１２の底部には、サセプタ１４の下面１４ｂまで貫通する複数の貫通孔１５が形成されている。これら貫通孔１５には、ウェーハＷをサセプタポケット１２に収容したり、サセプタポケット１２からウェーハＷを取り出したりするためのリフトピン２９が挿入されている。リフトピン２９は昇降動作が可能に設けられて、リフトピン２９が上昇するとウェーハＷはサセプタポケット１２から持ち上がった状態となり、リフトピン２９が下降すると、ウェーハＷはサセプタポケット１２に収容された状態となる。

また、サセプタ１４の下面１４ｂにおける外周部（サセプタポケット１２が形成されるサセプタ中央部よりも径方向外側の位置）には、後述するチップ２３が嵌まる複数のサセプタ凹部１３が形成されている。サセプタ凹部１３は、アーム部２０の個数分形成され、且つ、サセプタ１４の中心線Ａ１を中心とした円周上に等間隔（言い換えると複数のアーム部２０の円周方向における間隔と同じ間隔）で形成されている。

サセプタ１４の下側領域には、サセプタ１４を水平に支持するサセプタサポート１６が配置されている。そのサセプタサポート１６は、垂直方向（鉛直方向と平行な方向）に伸びた主支柱１８と、その主支柱１８の上部から斜め上方に延設された複数（例えば３本）のアーム部２０と、各アーム部２０の先端に支持されてサセプタ凹部１３に嵌合するチップ２３とを備えている。主支柱１８は、その中心軸線Ａ２が、サセプタ１４の中心線Ａ１と一致するように設けられる。また、主支柱１８は中心軸線Ａ２回りに回転可能に設けられる。主支柱１８の上端１８ａと、サセプタ１４の下面１４ｂとの間には空間が形成されている。主支柱１８及びアーム部２０は例えば石英製とすることができる。

複数のアーム部２０は、主支柱１８を中心とした円周方向に等間隔で配置されている。各アーム部２０は、主支柱１８から、サセプタ凹部１３が形成された径方向位置まで斜め上方に延設された傾斜部２１と、その傾斜部２１の、主支柱１８と接続される端部と反対側の端部から、垂直上向きに延設された垂直部２２とを有する。傾斜部２１は直線状に延設されている。図２に示すように、傾斜部２１の、主支柱１８に接続される根元部２１ａは、他の部分に比べて大きい幅に形成されている。傾斜部２１の、根元部２１ａ以外の部分における断面形状（傾斜部２１の中心軸線Ａ４に直交する断面形状）は例えば直角四角形（正方形、長方形）とすることができるが、直角四角形以外の断面形状（円形など）であっても良い。なお、主支柱１８が本発明のアーム支持部に相当し、傾斜部２１が本発明の延設部に相当する。なお、傾斜部２１に代えて、水平方向に延設された水平延設部が設けられたとしても良い。

垂直部２２の断面形状（垂直部２２の中心軸線Ａ３に直交する断面形状）は例えば直角四角形とすることができるが、直角四角形以外の断面形状（円形など）であっても良い。

垂直部２２は、チップ２３を支持するチップ支持部の機能を有する。詳しくは、図２、図３に示すように、垂直部２２にはスリット２２ａが形成されている。そのスリット２２ａは、図２に示すように、垂直部２２が延びた方向、つまり垂直方向に延びるように形成されている。スリット２２ａの垂直方向における一方の端部は、チップ支持部２２の先端面２２ｄに達している。また、図２では、スリット２２ａの垂直方向の長さＬ１（深さ）は、チップ２３の根元部２３ｂの垂直方向における長さ以上に設定されている。図２の例では、スリット２２ａの長さＬ１は根元部２３ｂの長さよりも長い例を示している。

また、スリット２２ａは、図３に示すように、垂直方向に直交する方向、つまり水平方向において垂直部２２の外周面間を貫通するように形成されている。すなわち、垂直部２２の平面視形状が図３のように直角四角形としたとき、スリット２２ａは、直角四角形を構成する４つの外周面のうち平行な位置関係にある２つの外周面２２ｅ、２２ｆ間を貫通するように形成されている。図３の例では、スリット２２ａは、水平方向の１方向（図３の紙面で上下方向）のみに形成された例を示している。また、スリット２２ａは、図３の紙面左右方向（平面視で見てスリット２２ａの形成方向に直交する方向）における垂直部２２の幅の中心位置に形成されている。

また、スリット２２ａの壁面には、チップ２３の根元部２３ｂの形状にあわせて切れ込み２２ｂが形成されている。本実施形態では、根元部２３ｂの中心軸線に直交する断面形状が円形となっており、切れ込み２２ｂは、根元部２３ｂの断面形状である円形にあった形状に形成されている。具体的には、スリット２２ａの空間を間に挟んで対向する両壁面には、円の一部を構成する円弧上の切れ込み２２ｂが形成されている。一方の壁面の切れ込み２２ｂと、他方の壁面の切れ込み２２ｂは対向する位置に形成される。また、切れ込み２２ｂは、図３の紙面上下方向における垂直部２２の幅の中心位置に形成されている。

切れ込み２２ｂは、図２に示すように垂直方向に延びるように形成されている。切れ込み２２ｂの垂直方向における長さｄは、チップ２３の根元部２３ｂの垂直方向における長さ以上に設定されている。また、図２の例では、長さｄは、スリット２２ａの長さＬ１よりも短くなっているが、長さＬ１と同じであっても良い。

図３の平面視で見たときの切れ込み２２ｂの幅Ｗ２は、チップ２３の根元部２３ｂがはめ込まれていない状態で、根元部２３ｂの幅Ｗ３よりも小さい値に設定されている。また、図３の平面視で見たときのスリット２２ａの幅Ｗ１も、チップ２３の根元部２３ｂがはめ込まれていない状態で、根元部２３ｂの幅Ｗ３よりも小さい値に設定されているが、根元部２３ｂの幅Ｗ３よりも大きい値に設定されたとしても良い。なお、切れ込み２２ｂが本発明のはめ込み部に相当する。

このように、垂直部２２は、水平方向に貫通するスリット２２ａによって、スリット２２ａを間に挟んで２つの部位２２ｃに分割されている。以下、部位２２ｃを分割部という。分割部２２ｃは、垂直方向において先端２２ｄが非拘束であり、根元が傾斜部２１により拘束された片持ち梁状に設けられる。

チップ２３は、ＳｉＣにより形成されており、図２に示すように、チップ本体２３ａと、チップ本体２３ａの下面から突出する根元部２３ｂとを有する。チップ本体２３ａは、先端からの一部がサセプタ凹部１３に嵌合している。このとき、チップ本体２３ａは、サセプタ凹部１３に密接嵌合されるように設けられる。つまり、理想的にはチップ本体２３ａとサセプタ凹部１３との間のクリアランスＣが０となるようチップ本体２３ａはサセプタ凹部１３に嵌め込まれるが、実際は、製造公差により微小なクリアランスＣが設けられる。すなわち、クリアランスＣは、製造公差によるものであり、意図的に設けたものではない。なお、チップ本体２３ａ及びサセプタ凹部１３の平面視形状はどのような形状でも良いが、例えば長孔形状とすることができる。

また、チップ本体２３ａの水平方向における幅Ｗ４（図２参照）は、垂直部２２の水平方向における幅Ｗ５（図２参照）よりも小さくなっており、チップ本体２３ａの下面の全部が、垂直部２２の先端面２２ｄに接触している。

根元部２３ｂは、垂直部２２の切れ込み２２ｂにはめ込まれており、このはめ込みに伴いたわんだ２つの分割部２２ｃにより挟み込まれている。すなわち、根元部２３ｂは、分割部２２ｃからの反力が付与された状態で、切れ込み２２ｂに接触した状態（クリアランスがゼロの状態）で支持されている。なお、根元部２３ｂが本発明の被支持部に相当する。

図１の説明に戻って、反応炉２の周囲には、気相成長時や塩化水素ガスによる反応炉クリーニング時などの各処理時に、反応炉２内を加熱して反応炉２内を所定温度に制御するヒータ３が設けられている。そのヒータ３は、例えばハロゲンランプや、赤外線ランプである。

反応炉２の水平方向における一端側には、反応炉２内に各種ガスを水平方向に導入するガス導入口５が形成されている。そのガス導入口５は、サセプタ１４より上側に形成されている。ガス導入口５からは、気相成長時には、シリコン単結晶薄膜（シリコンエピタキシャル層）の原料となるシリコンソースガス（具体的にはトリクロロシラン（ＴＣＳ）等のシラン系ガス）、シリコンソースガスを希釈するためのキャリアガス（例えば水素）、及びエピタキシャル層の導電型や導電率を調整するためのドーパントガス（例えばボロンやリンを含むガス）を含む反応ガスが導入される。また、反応炉２のクリーニング時には、ガス導入口５からは、反応ガスの代わりに、反応炉２の内壁、サセプタ１４等の各部に堆積した副生成物をエッチングするガスとして例えば塩化水素ガス（ＨＣｌガス）が導入される。

また、反応炉２の、ガス導入口５が形成された側の反対側には、反応炉２内からガスを排出するガス排出口６が形成されている。

また、エピタキシャル成長装置１は、主支柱１８を回転させる駆動部４を備えている。駆動部４により主支柱１８が回転すると、サセプタ１４及びこれに載置されたウェーハＷは、サセプタ１４の主支柱１８の中心軸線Ａ２回りに回転する。

以上がエピタキシャル成長装置１の構成である。次に、エピタキシャル成長装置１を用いてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法を説明する。先ず、シリコンウェーハＷを反応炉２内に投入して、サセプタポケット１２に載置させる。反応炉２には、シリコンウェーハＷを投入する前段階から、ガス導入口５を介して水素を導入しておく。次に、サセプタ１４に載置されたシリコンウェーハＷをヒータ３により熱処理温度（例えば１０５０〜１２００℃）まで加熱する。次に、シリコンウェーハＷの主表面に形成されている自然酸化膜を除去する為の気相エッチングを行う。次に、シリコンウェーハＷを所望の成長温度（例えば１０５０〜１１８０℃）に合わせ、ガス導入口５から反応ガスを導入することによって、シリコンウェーハＷの主表面上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させシリコンエピタキシャルウェーハとする。最後に、反応炉２を取り出し温度（例えば６５０℃）まで降温した後、シリコンエピタキシャルウェーハを反応炉２外に搬出する。

ここで、ウェーハＷは、ウェーハ中心がサセプタポケット１２の中心（サセプタ１４の中心線Ａ１）に一致するようにサセプタポケット１２に載置されるのが好ましい。ウェーハ中心がサセプタポケット１２の中心からずれると、ウェーハ外周部と、サセプタポケット１２の外周部との間の隙間に偏りが生じてしまい、その偏りにより反応ガスのウェーハ外周部への当たり方が変わることで、ウェーハ外周部におけるエピタキシャル層の膜厚が不均一となるためである。一方で、サセプタ１４は、反応炉２内へのウェーハＷの搬入時と気相成長時との間で大きな温度変化を受け、この温度変化によりサセプタ１４は熱膨張又は熱収縮する。このサセプタ１４の熱変形（熱膨張、熱収縮）によりサセプタポケット１２が径方向に伸びたり縮んだりすることで、サセプタポケット１２におけるウェーハ載置位置にばらつきが生ずる。

そこで、本実施形態では、上記したように、アーム部２０の先端を構成する垂直部２２にスリット２２ａを設けることで、アーム部２０を構成する石英のたわみを利用して、チップ２３を挟み込んで固定する構造とし、アーム部２０（垂直部２２）とチップ２３の接合部における加工較差によるクリアランスをなくすことで、チップ２３のぐらつきを抑え、サセプタ１４の位置ズレ抑制を試みた。

さらに、スリット２２ａ（切れ込み２２ｂ）にチップ２３を挟み込んだ際に垂直部２２（分割部２２ｃ）が破損しないことに加え、反応温度まで温度が上昇した際に、サセプタ１４の熱膨張によりサセプタ凹部１３からチップ２３に対して応力が働いた場合も、垂直部２２（分割部２２ｃ）及び傾斜部２１が応力を吸収し、破損しない設計とした。具体的には、サセプタ１４の熱膨張時（具体的には反応炉２内の温度が１１００℃の時）における垂直部２２の最大曲げ応力に対する垂直部２２を構成する材質（具体的には石英）の引っ張り強度の比Ｓ１を垂直部２２の安全率Ｓ１とする。また、サセプタ１４の熱膨張時（具体的には反応炉２内の温度が１１００℃の時）における傾斜部２１の最大曲げ応力に対する傾斜部２１を構成する材質（具体的には石英）の引っ張り強度の比Ｓ２を傾斜部２１の安全率Ｓ２とする。これら安全率Ｓ１、Ｓ２が共に１．５以上となるようにアーム部２０（垂直部２２の断面形状、傾斜部２１の断面形状、スリット２２ａの幅Ｗ１、長さＬ１、傾斜部２１の長さＬ２等）が設計されている。

なお、上記垂直部２２の最大曲げ応力は、サセプタ１４の熱膨張時に垂直部２２の先端に作用する荷重Ｆ１（図２参照）によって垂直部２２内に生ずる応力のうちの最大値をいう。この荷重Ｆ１は、スリット２２ａの幅を広げる方向に作用する。また、荷重Ｆ１には、スリット２２ａにチップ２２の根元部２３ｂが嵌め込まれることにより垂直部２２の先端に作用する荷重も含まれる。また、上記傾斜部２１の最大曲げ応力は、サセプタ１４の熱膨張時に傾斜部２１の先端に作用する荷重Ｆ２（図２参照）によって傾斜部２１内に生ずる応力のうち最大値をいう。荷重Ｆ２は傾斜部２１を下方に撓ませる方向に作用する。

また、高温状態でサセプタ１４の位置が安定するために、サセプタ１４が熱膨張した際の応力を傾斜部２１が優先的に吸収し、スリット２２ａの開きを抑えて、垂直部２２（分割部２２ｃ）のたわみ量（スリット２２ａの幅の変化量）が傾斜部２１のたわみ量に比べて十分に小さくなるような設計とした。具体的には、サセプタ１４の熱膨張時（具体的には反応炉２内の温度が１１００℃の時）における垂直部２２のたわみ量σ１（図２参照）に対する傾斜部２１のたわみ量σ２（図２参照）の比が十分大きい値（例えば１９以上）となるようアーム部２０（垂直部２２の断面形状、傾斜部２１の断面形状、スリット２２ａの幅Ｗ１、長さＬ１、傾斜部２１の長さＬ２等）が設計されている。これにより、サセプタ１４の熱膨張時（具体的には反応炉２内の温度が１１００℃の時）における垂直部２２のたわみ量σ１を十分小さい値（例えば０．１ｍｍ未満）にすることができる。なお、図２における垂直部２２のたわみ量σ１は、サセプタ１４の熱膨張時における垂直部２２の先端の、スリット２２ａの幅を広げる方向へのたわみ量である。また、図２における傾斜部２１のたわみ量σ２は、サセプタ１４の熱膨張時における傾斜部２１の先端の下方へのたわみ量である。

ここで、図５の従来構造において、チップ３３の根元部とチップ支持部３４の孔３５との間に約０．１ｍｍ（＝２．６ｍｍ−２．５ｍｍ）のクリアランスがあり、チップ３３にサセプタの熱膨張による応力が働いた場合、孔３５内をチップ３３が約０．１ｍｍ移動すると仮定する。この場合、サセプタ１４の熱膨張時の垂直部２２のたわみ量σ１が０．１ｍｍ未満となるように設計することで、図５の従来構造に比べて、サセプタ１４の熱膨張時のチップ２３の変動を抑制でき、ひいてはサセプタ１４及びこれに載置されるウェーハＷの位置変動を抑制できる。

このように、本実施形態によれば、チップ２３の根元部２３ｂが垂直部２２により挟み込まれているので、根元部２３ｂと垂直部２２との間で加工較差によるクリアランスをなくすことができ、チップ２３のぐらつきを抑制できる。また、アーム部２０（傾斜部２１、垂直部２２）を、上記安全率Ｓ１、Ｓ２≧１．５を満たすように設計することで、サセプタ１４の熱膨張時にアーム部２０が破損してしまうのを抑制できる。加えて、サセプタ１４が熱膨張した際に垂直部２２よりも傾斜部２１を優先的に撓ませる設計とすることで、サセプタ１４の熱膨張時における垂直部２２のたわみを抑えることができる。そして、垂直部２２のたわみを抑えることで、サセプタ１４の熱膨張時にチップ２３の変動を抑制でき、チップ２３に接続されたサセプタ１４の変動も抑制できる。これにより、サセプタ１４の位置が搬入ウェーハごとに変動することを抑制できる。その結果、サセプタポケット１２におけるウェーハＷの載置ばらつきを抑制でき、外周部フラットネスを向上した高品質なエピタキシャルウェーハを得ることができる。

また、スリット２２ａの壁面には、チップ２３の根元部２３ｂの形状に応じた切れ込み２２ｂが形成され、根元部２３ｂはこの切れ込み２２ｂにはめ込まれているので、根元部２３ｂを２つの分割部２２ｃの間（スリット２２ａ）にはめ込み易くできる。加えて、図３の平面視において、２つの分割部２２ｃによる根元部２３ｂの挟み込み方向Ｐ１だけでなく、その直角な方向Ｐ２にも根元部２３ｂの移動を抑制できる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

実施形態で説明したアーム部２０（以下、改善アーム部という）を用いた場合及び図５、図６の従来構造のアーム部（以下、従来アーム部という）を用いた場合に、それぞれ、ウェーハの反応炉への搬送（搬入、搬出）を繰り返したときの、各搬送間でのサセプタ位置のばらつき（サセプタ中心のＸ方向及びＹ方向のばらつき）及びウェーハの載置位置のばらつき（ウェーハ中心のＸ方向及びＹ方向のばらつき）を評価した。具体的には、ウェーハの反応炉への搬送を繰り返し、各搬送においてサセプタ中心を原点としたサセプタポケット内におけるウェーハの中心座標（つまり、図１のサセプタ中心線Ａ１に対するウェーハ中心のズレ量）、及びサセプタ回転中心を原点としたサセプタの中心座標（つまり、図１のサセプタ中心線Ａ１と、回転中心軸線Ａ２とのズレ量）を測定した。なお、改善アーム部は、サセプタの熱膨張時（具体的には反応炉の温度が１１００℃の時）における垂直部のたわみ量σ１（スリット幅の変化量）に対する傾斜部のたわみ量σ２の比を１９以上とすることで垂直部のたわみ量σ１が０．１ｍｍ未満となるように設計されたものを用いた。また、図５の従来アーム部は、チップ支持部３４の孔３５とチップ３３とのクリアランスが約０．１ｍｍに設計されたものを用いた。また、サセプタ凹部とチップとは、クリアランスが小さくなるよう長孔形状同士で接続した。

ウェーハ中心座標及びサセプタ中心座標の測定は以下のように行った。すなわち、改善アーム部を用いた場合及び従来アーム部を用いた場合、それぞれ、直径３００ｍｍ、結晶面方位（１００）、抵抗率１０Ωｃｍのシリコンウェーハの表面に、シリコンエピタキシャル層を成長させた。エピタキシャル層の膜厚は４μｍ、成長温度は１１００℃とした。そして、エピタキシャル成長中のウェーハ及びサセプタをカメラで撮影して、その撮影画像に基づいて、ウェーハ中心座標及びサセプタ中心座標を求めた。そして、シリコンウェーハの反応炉への搬送を繰り返して、各搬送においてウェーハ中心座標及びサセプタ中心座標を求めて、複数回の搬送間におけるウェーハ中心座標のばらつき及びサセプタ中心座標のばらつきを評価した。なお、ウェーハを反応炉に搬入する際の炉内温度及び反応炉から搬出する際の炉内温度は６５０℃とした。

ウェーハ中心座標の測定結果を図７、表１に示し、サセプタ中心座標の測定結果を図８、表１に示す。図７、図８において、横軸、縦軸の単位は［ｍｍ］である。表１において、「ｎ」は、実験の回数（搬送回数）を示している。「ｍａｘ」は、ｎ回の実験で得られた結果のうち最大値（単位は［ｍｍ］）を示している。「ａｖｇ」はｎ回の実験で得られた結果の平均値（単位は［ｍｍ］）を示している。「ｓｔｄｅｖ」はｎ回の実験で得られた結果の標準偏差（単位は［ｍｍ］）を示している。

図７、図８、表１に示すように、改善アーム部を用いた場合、従来アーム部と比較して、サセプタポケット内におけるウェーハの中心座標のばらつき、及びサセプタ中心座標のばらつきが減少していることを確認できた。以上より、改善アーム部を用いると、ウェーハ搬送ごとに、熱変形に起因したサセプタ位置の変動を抑制でき、サセプタ位置の変動を抑制できることでサセプタにおけるウェーハ載置位置のばらつきを抑制できることが分かった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであったとしても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、アーム部は石英以外の材質で形成されたとしても良いし、チップはＳｉＣ以外の材質で形成されたとしても良い。また、ウェーハやエピタキシャル層の導電型、抵抗率等は問わない。

また、垂直部の形状や、スリットの幅、スリットの深さ、スリットの入れ方、切れ込みの幅、チップの根元部の幅等は上記実施形態に限定されない。スリットの入れ方については、上記実施形態では図３の平面視で見て一方向（図３の紙面で上下方向）にのみに入れた例を説明したが、異なる方向（図３の紙面で左右方向や斜め方向）に入れたとしても良い。また、図９に示すように、平面視で見て複数の方向にスリットを入れたとしても良い。図９は、垂直部２２を上から見た図を示しており、紙面上下方向及び左右方向の２方向、つまり十字にスリット２２ａを入れた例を示している。２方向のスリット２２ａの交点部に、チップ根元部がはめ込まれる切れ込み２２ｂが形成されている。これによれば、チップ根元部を２方向Ｐ１、Ｐ２から挟み込むことができるので、より一層、チップのぐらつきを抑制できる。

また、上記実施形態では、平面視で見て垂直部の外周面間を貫通するようにスリットを入れた例を示したが、図１０に示すように貫通しないようにスリットを入れても良い。図１０の例では、一端は垂直部２２の外周面２２ｅに位置しているが、他端は垂直部２２の内部に位置したスリット２２ａを示している。図１０では、チップ根元部がはめ込まれる切れ込み２２ｂは、スリット２２ａの両端間の途中位置に形成された例を示しているが、スリット２２ａの内部側端部の位置に形成されたとしても良い。このように、非貫通にスリットを入れたとしても、チップ根元部がはめ込まれた際にたわんで、そのたわみの反力でチップ根元部を挟み込んで支持することができる。

また、上記実施形態では、図３の平面視で見て、一定幅Ｗ１のスリット２２ａを形成した例を示したが、幅が変化するスリットを形成しても良い。具体的には、図３の例において、切れ込み２２ｂから外周面２２ｅ、２２ｆに近づくにつれて次第に幅が大きくなるスリットを形成しても良い。

１ エピタキシャル成長装置（ウェーハ処理装置）
１４ サセプタ
１６ サセプタサポート
２０ アーム部
２１ 傾斜部（延設部）
２２ 垂直部（チップ支持部）
２２ａ スリット
２２ｂ 切れ込み（はめ込み部）
２２ｃ 分割部
２３ チップ
２３ｂ チップの根元部（被支持部）

Claims (11)

1. ウェーハを載置するためのサセプタと、
   前記サセプタを支持するサセプタサポートとを備え、
   前記サセプタサポートは、前記サセプタに接続されるチップと、そのチップを支持するチップ支持部が先端に設けられたアーム部と、前記アーム部の根元を支持するアーム支持部とを備え、
   前記チップ支持部は、前記チップの、前記チップ支持部に支持される部分である被支持部の幅にあわせてたわんで、そのたわみの反力で前記被支持部を挟み込むように構成されたことを特徴とするウェーハ処理装置。
2. 前記チップ支持部は、前記被支持部がはめ込まれるスリットが形成されており、
   そのスリットの、前記被支持部がはめ込まれる部分であるはめ込み部は、前記被支持部がはめ込まれていない状態において前記被支持部の幅より小幅に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ処理装置。
3. 前記はめ込み部は、前記スリットの壁面に、前記被支持部の形状にあった切れ込みとして形成されていることを特徴とする請求項２に記載のウェーハ処理装置。
4. 前記スリットは水平方向において前記チップ支持部の外周面間を貫通するように形成されており、
   前記チップ支持部の、前記スリットを間に挟んで分割された分割部は、鉛直方向に平行な垂直方向において先端が非拘束であり、根元が前記アーム部に拘束された片持ち梁状に設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載のウェーハ処理装置。
5. 前記チップは、チップ本体と、前記チップ本体の下面から突出する前記被支持部としての根元部とを有し、
   前記チップ本体は、前記サセプタの下面に形成されたサセプタ凹部に密接嵌合され、かつ、前記チップ本体の下面が前記チップ支持部の先端面に接触するように設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のウェーハ処理装置。
6. 前記アーム部は、斜め上方又は水平方向に延設された延設部を備え、
   前記サセプタの熱膨張時における前記チップ支持部の最大曲げ応力に対する、前記チップ支持部を構成する材質の引っ張り強度の比である安全率が１．５以上に設定され、
   前記サセプタの熱膨張時における前記延設部の最大曲げ応力に対する前記延設部を構成する材質の引っ張り強度の比である安全率が１．５以上に設定されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のウェーハ処理装置。
7. 前記サセプタの熱膨張時における前記チップ支持部のたわみ量が０．１ｍｍ未満となるように前記チップ支持部を含む前記アーム部が設計されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のウェーハ処理装置。
8. 前記アーム部は、斜め上方又は水平方向に延設された延設部を備え、
   前記サセプタの熱膨張時における前記チップ支持部のたわみ量に対する前記延設部のたわみ量の比が１９以上となるように前記チップ支持部を含む前記アーム部が設計されたことを特徴とする請求項７に記載のウェーハ処理装置。
9. 前記チップはＳｉＣ製であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のウェーハ処理装置。
10. 前記ウェーハ処理装置は、前記サセプタに載置されたウェーハの表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のウェーハ処理装置。
11. 請求項１０に記載のエピタキシャル成長装置を用いてエピタキシャルウェーハを製造することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。

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